卫星云参数同云系结构特性和降水关系的研究

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不同天气条件下的层状云和对流云发展演变特征各不相同,高时间频次的静止卫星可以连续追踪云系的演变规律,利用反演获取的卫星云物理特性参数,研究层状云和对流云等不同降水过程的云结构特性及其同降水的关系,对了解人工播云条件、定量估测降水等方面等十分重要。本文针对2008年4月11到12日北方层状云降水过程和2008年7月17日南方对流云降水过程,利用FY2C/D卫星反演的云参数和地面降水的观测资料,结合雷达、探空和微波辐射计等多种数据,初步分析了不同降水云系的结构特性、演变特征及同降水的关系;在此基础上,进一步统计分析了2008年5-12月安徽区域云参数特征及降水的关系,得到一些有意义的结论:   1)FY2C/D卫星反演得到的各云参数对地面降水都有不同程度的指示意义,一般降水发生前,云顶不断抬升,云顶温度和tbb都较低,云光学厚度增大;云参数的变化从时间上先于地面降水变化,一般两者相差约1-2个时次,其中层状云两者相差约2个时次,对流云两者相差1个时次。   2)云的光学厚度与地面降水的相关性比云顶高度、云顶温度和tbb更好。降水过程中云光学厚度增减,地面降水粒子数也相应增大或减小。对流云团合并时,合并部位的云光学厚度和液水路径迅速增加,地面微波辐射计观测的整层液水含量跃增,地面出现强降水。云光学厚度和相应区域的雷达回波以及地面降水的分布演变具有较好的一致性,强降水落区与云光学厚度的大值区和雷达强回波区相对应。T-re关系式在一定程度上反应了对流云的垂直增长情况,2008年7月17日安徽对流云团合并初期,云底由小粒子组成,粒子主要依靠扩散增长,随着云团的合并,高低层的有效半径增长明显,达到混合相态区和冻结层的温度都不断变暖;   3)初步统计表明,云降水过程与光学厚度关系密切,一般光学厚度小于10不太可能产生降水。层状云降水过程中云项小于5km时以弱降水为主,随雨强增大,云光学厚度值跃增,粒子有效半径变大。而对流云的云光学厚度和云顶高度的相关性比层状云好,通常云顶越高,云光学厚度越大,产生降水的可能性也越大。对流云降水过程的云顶通常高于层状云,云中粒子尺度也更大,云光学厚度大多集中于17-30之间,云顶高度集中于8-15km之间,且降水类型多样。两类降水过程的降水率都随云项高度和光学厚度的增加而增大。降水强度越大,通常对应着较大的光学厚度,但并不是光学厚度大,降水一定强。   4)结合探空云分析发现,降水和云的垂直结构密切相关,当云厚实无夹层且云光学厚度较大时,地面易发生降水;相反,如果云中夹层深厚或低层有较干的区域,即便云发展的很高,也无法形成有效降水。将云项高度和云光学厚度组合分析,对判断降水落区和降水强度十分有帮助。
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